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根据中国科学院上海微系统与信息技术研究所SIMIT战略研究室公布的《我国集成电路材料专题系列报告》,90%以上的集成电路均采用环氧塑封料作为包封材料,因此,环氧塑封料已成为半导体产业发展的关键支撑产业。
封装材料产品品质主要由理化性能、工艺性能以及应用性决定,而下游客户则主要对环氧塑封料产品的工艺性能与应用性能进行考核验证。其中,产品配方直接决定了理化性能,进而影响到工艺性能与应用性能。因此,环氧塑封料厂商的研发重点主要系产品配方的完善、优化与开发,且大量与配方相关的核心知识产权主要通过专有技术(Know-how)的形式予以保护。
(1)半导体封装材料深刻影响封装技术创新,需要根据封装形式的演进而进行定制化开发:由于封装材料深刻地影响着半导体封装所实现的主要功能,并与封装厂商的生产效率及生产成本息息相关,因此,半导体封装与环氧塑封料呈现出互相依存、互相促进的特点。
随着半导体芯片进一步朝向高集成度与多功能化的方向发展,环氧塑封料厂商需要针对性地开发新产品以匹配下游客户日益复杂的性能需求,因而应用于历代封装形式的各类产品的配方开发(主要涉及原材料选择与配比)、生产中的加料顺序、混炼温度、混炼时间、搅拌速度等工艺参数均存有所不同,即各类产品在理化性能、工艺性能以及应用性能等方面均存在差异,故业界称为“一代封装、一代材料”。历代封装技术对环氧塑封料的主要性能及产品配方要求如下表所示:
综上,环氧塑封料等封装材料在半导体封装中扮演着举足轻重的地位,塑封料厂商需根据下游客户定制化的需求针对性地开发与优化配方与生产工艺,从而灵活、有效地应对历代封装技术。因此,具备前瞻性与完整性的产品布局、持续创新能力的环氧塑封料厂商将有望在未来的竞争中脱颖而出。
中金企信国际咨询公布的《2023-2029年环氧塑封料行业全景深度分析及投资战略可行性评估预测报告》
(2)半导体封装材料需通过客户严格的考核验证后方能获得使用:半导体封装材料产品需要通过下游客户的样品考核验证及批量验证后才能获得客户的使用,其中,样品考核情况是环氧塑封料产品性能与技术水平的重要体现,主要包括下游客户对塑封料产品的工艺性能(如固化时间、流动性、冲丝、连续成模性、气孔率等)与应用性能(如可靠性、热性能、电性能等)的考核验证。
目前下游封装厂商主要参考JEDEC(固态技术协会)标准进行封装体的评估和测试,JEDEC标准对封装和测试服务制定了详细的考核项目和量化指标,包括潮敏等级试验(MSL)、高低温循环试验(TCT)、高压蒸煮试验(PCT)等。其中,MSL试验是针对环氧塑封料可靠性的主要考核项目。
环氧塑封料产品所需通过的主要考核项目及具体考核要求的情况如下表所示:
根据下游封装形式、应用场景的不同,下游封装厂商对环氧塑封料所需通过的考核测验项目及考核标准均存在差异;同时,应用于传统封装与先进封装的中高端环氧塑封料通常需通过上述所有的考核验证项目,且先进封装通常要求环氧塑封料在上述所有的考核后仍实现零分层、并保持良好的电性能,因此对封装材料厂商的技术水平要求较高。
(3)高端半导体封装材料的国产化迫在眉睫:近年来,我国半导体封装材料产业发展有了较大突破,以江苏华海诚科新材料股份有限公司为代表的内资厂商持续加大在中高端半导体封装材料的布局,且在客户的考核验证过程中已取得了一系列的突破,但整体与外资厂商仍存在一定的差距。其中,日本、美国厂商在中高端产品占有较大份额;国内厂商主要以满足内需为主,出口量较小,大部分仍集中在分立器件和中小规模集成电路封装用的环氧塑封料领域。
在芯片级电子胶黏剂领域,目前国内与国外仍存在较大的技术差距,开发方面处于弱势,我国芯片级底部填充材料目前仍被外资垄断;在环氧塑封料领域,目前国产环氧塑封料(包含台资厂商)市场占比约为30%左右,而高端环氧塑封料产品基本被国外品牌产品垄断,故具有较大的替代空间。国内外环氧塑封料在我国市场上的竞争对比情况如下表所示:
随着国内半导体封装厂商在全球的综合竞争力持续增强,中高端半导体封装材料仍主要依靠外资厂商的状况已严重滞后于市场发展需要。因此,加快中高端半导体封装材料国产化已迫在眉睫。
中金企信国际咨询公布的《全球与中国包封材料市场全景监测调研分析及投资战略可行性评估预测报告(2023版)》
(4)先进封装用材料性能要求极高,具备创新实力与技术储备优势的内资厂商将有望脱颖而出:随着先进封装市场规模的持续扩大,应用于先进封装的高端塑封料与芯片级电子胶黏剂的增长潜力将得到进一步释放。鉴于上述材料的研发门槛较高,目前主要由外资厂商垄断,在半导体产业整体国产化趋势的背景下,具备前瞻性的技术布局的内资厂商将有望在未来的竞争中脱颖而出。
①应用于先进封装的塑封料:随着封装行业从传统封装向先进封装迈进,先进封装所呈现出高集成度、多功能、复杂度高等特点对塑封料提出了更高的性能要求。以先进封装中最具成长性的扇出型晶圆级封装(FOWLP)为例,FOWLP是以BGA技术为基础,基于晶圆重构技术,将芯片布置到一块人工晶圆上,然后按照标准的WLP工艺类似的步骤进行封装,得到的封装面积要大于芯片。
FOWLP封装因其不对称的封装形式而提出了对环氧塑封料的翘曲控制等新要求,同时要求环氧塑封料在经过一系列更严苛的可靠性考核后仍不出现任何分层且保持芯片的电性能良好。因此,塑封料厂商在应用于FOWLP产品的配方开发中需要在各性能指标间进行更为复杂的平衡,产品配方的复杂性与开发难度尤其高。
目前,用于FOWLP的塑封料主要由液态塑封料(LMC,Liquid Molding Compound)与颗粒状环氧塑封料(GMC,Granular Molding Compound)两类组成,GMC与LMC的产品主要情况如下表所示:
由上述可知,与传统封装中采用固态饼状环氧塑封料不同的是,应用于FOWLP封装的GMC与LMC的产品形态以颗粒状与液态为主,因而也对塑封料厂商的生产工艺技术水平提出了更高的要求,要求塑封料厂商能够更有效地结合配方与生产工艺技术。以GMC为例,目前制备颗粒状环氧塑封料的主流技术为离心法和热切割法,对塑封料厂商的配方技术、生产工艺技术、生产设备、产品测试方法等综合技术要求较高,故该市场基本由外资厂商垄断;而传统工艺所制备的颗粒状产品则存在颗粒大小无法细化、颗粒表面粉尘太多、颗粒大小不均一容易造成封装后的气孔等问题,在内资厂商的技术水平与研发储备情况整体处于相对弱势的背景下,江苏华海诚科新材料股份有限公司已成功形成了可满足特殊压缩模塑成型工艺的全套工艺方案,可应用于离心法和热切割法,有望在该领域脱颖而出。
②应用于先进封装的芯片级底部填充胶:芯片级底部填充胶主要应用于FC(Flip Chip)领域,根据研究资料,FC在先进封装的市场占比约为80%左右,是目前最具代表性的先进封装技术之一,具体类型包括FC-BGA、FC-SiP等先进封装技术,目前该市场仍主要为日本纳美仕、日立化成等外资厂商垄断,国内芯片级底部填充胶目前主要尚处于实验室阶段。FC底填胶的使用流程如下图所示:
目前,内资厂商正积极配合业内主要封装厂商研发芯片级底部填充材料,并已取得一系列成效,有望推动该领域的国产化进程。其中,公司FC底填胶已通过星科金朋的考核验证,在内资厂商中处于领先水平。
综上,在半导体产业整体国产化的背景下,面对技术、资金要求高的先进封装领域,内资半导体封装材料厂商已积极开展相关布局,具备创新实力与技术储备优势的内资厂商将有望在先进封装领域脱颖而出。
中金企信国际咨询公布的《2023-2029年全球及中国电子胶黏剂市场全产业结构分析及投资前景可行性评估预测报告》
(5)环氧塑封料与电子胶粘剂行业的国内市场规模情况:
①环氧塑封料国内市场规模情况:2021年中国包封材料市场规模为73.60亿元,同比增速达到16.83%;环氧塑封料在包封材料的市场占比约为90%。环氧塑封料2021年国内市场规模为66.24亿元。
鉴于环氧塑封料市场是半导体封装材料的一个细分市场,目前并无按照传统封装和先进封装材料作为划分标准的市场公开数据。根据中金企信统计数据,2020年国内封装市场规模为2,509.50亿元,其中传统封装市场规模为2,158.20亿元,先进封装市场规模为351.30亿元。2019年与2020年相关数据的平均值对环氧塑封料市场占比情况进行测算。
单位:亿元
数据统计:中金企信国际咨询
据此测算,我国2020年传统封装用环氧塑封料市场规模为53.11亿元、先进封装用环氧塑封料市场规模为3.59亿元。具体数据如下:
单位:亿元
数据统计:中金企信国际咨询
2021年中国包封材料市场规模为73.60亿元,同比增速达到16.83%,结合上述测算结果与先进封装发展趋势,预计2021年国内先进封装用环氧塑封料已超过4.2亿元。
②电子胶黏剂国内市场规模情况:由于电子胶黏剂的下游应用领域众多,对于不同领域、不同客户,各类电子胶黏剂在终端下游产品中的应用比例和成本结构较难获取,终端市场需求与电子胶黏剂的配比关系难以获取或推算,加之目前市场上尚欠缺对各类电子胶黏剂具体市场规模的公开资料,因此较难获取电子胶黏剂的细分市场规模。
根据中国胶粘剂和胶粘带工业协会杨栩秘书长于“2022年中国(大湾区)电子胶粘剂技术发展高峰论坛”的发言,近年来,在5G建设、消费电子、新能源汽车、家用电器及装配制造业等新兴消费市场的驱动下,我国电子胶粘剂市场迅猛发展,市场已超100亿元规模,成为增长速度最快、发展潜力巨大的胶粘剂细分市场之一。因此,预计电子胶黏剂市场规模在100亿元以上。